1、PQ-Fiber概述PQ-Fiber 是清华大学土木工程系结构工程研究所基于大型通用有限元程序 ABAQUS 开发的一组材料单轴滞回本构模型 的集合。主要用于在钢筋混凝土结构、钢结构等的弹塑性时程分析中定义杆系结构的材料本构，同时可用于任何只需要定义材料单轴滞回本构模型的情况。作者以 FORTRAN 编译文件.obj 的形式在网上免费发布 PQ-Fiber 的最新版本，以供广大科研与工程设计人员使用，发布的版本没有功能限制。请使用者尊重知识产权。版本信息：v1.3 （ 下 载-单击右键 “另存为”） 包含的材料模型（详细介绍见第三节）：UConcrete01，UConcrete02，UStee
2、l01，USteel02，USteel03使用过程中如有问题，请与作者联系：潘鹏（Email: ）曲哲（Email: ）通信地址：北京清华大学土木工程系，100084相关下载：陆新征曲哲塑性铰模型 MARC 自定义塑性铰示例源程序 MSC.MARC THUFIBER 纤维模型程序 ATC- 63 报告建议的远场地震波库在 MARC 2005R2 中加入简单钢筋混凝土纤维模型源程序 在 MARC 中实现基于多点位移控制的推覆分析算法源程序在 ABAQUS 中使用1. 在 ABAQUS 中使用本模型（1）定义 材料在 Properties 模块中定义 User Material，如图 1 所示。材
3、料名的前几个字母必须与第三节中定义的某一个材料名相一致。需要分别选择 General 选项卡中的 User Material 和 Depvar 两个选项。在 User Material 选项中定义该材料所需要的所有材料属性，如图 2 所示。在 Depvar 选项中定义该材料所需的状态变量的个数，如图 3 所示。也可以在.inp 文件中直接添加用户自定义材料，下面给出了一个例子。*Material, name=UConcrete01*Depvar5,*User Material, constants=430., 0.002, 10., 0.005材料名，短横线之前的字母必须与第三节中的定义相一致
4、。状态变量选项用户自定义材料选项图 1 定义用户自定义材料材料参数 props(1)材料参数 props(2)材料参数 props(3)材料参数 props(4)不 同 材 料 中 各 参 数 的 含 义 详 见 第 三 节 。图 2 定义材料属性状态变量选项状态变量的个数图 3 定义状态变量的个数注意：如果使用 ABAQUS 中的铁木辛科梁单元（如 B21，B22，B31，B32 等），除了上述定义外，还需要在.inp 文件为梁单元截面额外定义横向剪切 刚度，定义方法详见 ABAQUS keyword reference manual 中的*Transverse Shear Stiffnes
5、s 关键字。可以直接在.inp 文件中添加，也可以利用 ABAQUS/CAE 提供的 Keyword editor，如图 4 所示。剪切刚度可以是一个大数，它对计算结果的影响不大。为截面赋予剪切刚度图 4 在 Keyword editor 中为截面定义剪切刚度（2）调用 用户子程序在 Job 模块中，在 Edit Job 对话框的 General 选顶卡中选择本文提供的.obj 文件作为 User subroutine file，如图 5 所示。由于 ABAQUS 的一个分析模型只能接受一个用户子程序文件，如果使用了本文编译后的材料模型文件，将无法使用其它用 户子程序。用户如确有需要，可与本模
6、型作者联系。选择本模型提供的.obj 文件图 5 在 Job 中调用用户子程序2. 在 ABAQUS/Standard 中定义钢筋 混凝土梁单元可以使用*rebar 关键字在梁单元中定义钢筋，使用方法详见 ABAQUS keyword reference manual。下面给出了定义钢 筋混凝土梁单元一个例子，其中分别用 UConcrete02 和 USteel02 来定义梁单元中的混凝土和钢筋的材料本构，并在梁截面的四角分别定义了四根钢筋。*Beam Section, elset=Pier, material=UCONCRETE02, section=RECT300., 300.0.,0.,
7、-1.*Transverse shear stiffness1.0e16, 1.0e16*rebar, element=beam, material=USTEEL02-235, name=rebar1Pier, 201, 107, 107*rebar, element=beam, material=USTEEL02-235, name=rebar2Pier,201,-107,107*rebar, element=beam, material=USTEEL02-235, name=rebar3Pier,201,107,-107*rebar, element=beam, material=USTE
8、EL02-235, name=rebar4Pier,201,-107,-107在同一模型中可以使用不同自定义钢筋与混凝土模型，也可以采用同一种自定义钢筋或混凝土模型定义不同 等级的钢筋或者混凝土。如在图 6 所示的 Material Manager 中，用 USteel02 模型定义了屈服强度分别为 235MPa 和 335MPa 的两种钢筋，用UConcrete02 模型定义了轴压强度分别为 30MPa 和 60MPa 的两种混凝土。只要材料名的前几个字母与第三节中定义的材料名相同即可完成调用，材料名的后半部分可 以随意定义。图 6 在一个模型中使用不同的自定义材料3. 结果输出自定义材料结
9、果的输入通过状态变量实现。如果想得到弹性应变以外的输出，用户需要在 Step 模块中定义对状态变量（SDV）的输出，如图 7 所示，或者在.inp 文件中直接添加对 SDV 的输出，如下所示。另外，ABAQUS 目前不支持梁单元中*rebar 定义的钢筋的任何输出。各材料 模型中状态变量的物理意义详见第三节。*Element Output, directions=YESE, S, SDV, SE, SF选择输出 SDV图 7 输出状态变量 SDV材料模型PQ-Fiber v1.2 提供如下材料滞回模型。调用名 USteel01描述 弹塑性随动硬化单轴本构模型。材料参数props(1) 弹性模量
10、props(2) 屈服强度props(3) 硬化刚度系数，等于第二阶段刚度与弹性 模量之比。状态变量SDV(1) 塑性应变SDV(2) Back stress图例 往复加载时的单轴应力应变关系调用名 USteel02描述 再加载刚度按 Clough 本构退化的随动硬化单轴本构模 型材料参数props(1) 弹性模量props(2) 屈服强度props(3) 硬化刚度系数，等于第二阶段刚度与弹性 模量之比。状态变量SDV(1) 历史最大拉应变SDV(2) 对应于历史最大拉应变的应力SDV(3) 历史最大压应变SDV(4) 对应于历史最大压应变的应力SDV(5) 屈服记号图例 往复加载时的单轴应力
11、应变关系调用名 USteel03描述 拉压不等强的弹塑性随动硬化单轴本构模 型材料参数props(1) 弹性模量props(2) 受拉时的屈服强度props(3) 受压时的屈服强度props(4) 硬化刚度系数，等于第二阶段刚度与弹性 模量之比。状态变量SDV(1) 塑性应变SDV(2) Back stress图例 往复加载时的单轴应力应变关系调用名 UConcrete01描述 忽略抗拉强度的混凝土模型。(1) 拉应力始终为零；(1) 受压骨架线上升段采用 Hognested 曲线，下降段为直线；(2) 受卸载刚度随历史最大压应变的增大而减小；(3) 受拉后反向加载时，直至达到上次受压卸载的残
12、余应变时再开始反向承载。材料参数props(1) 轴心受压强度props(2) 峰值压应变，即达到轴心受压强度时的应 变props(3) 极限受压强度props(4) 极限压应变props(5) 截面钢筋屈服的临界应变，定义为混凝土 受拉边缘的应变。状态变量SDV(1) 初始化变量，无实际意义SDV(2) 历史最大压应变SDV(3) 受压残余应变，即卸载至应力为零时的压 应变SDV(4) 卸载/再加载刚度SDV(5) 截面屈服标志图例 往复加载时的单轴应力应变关系图例中 fu = props(3)，eu = props(4)调用名 UConcrete02描述 考虑抗拉强度的混凝土模型。(1)
13、受拉骨架线由线性上升段和线性下降段组合；(2) 受拉卸载时指向原点；(3) 受压骨架线上升段采用 Hognested 曲线，下降段为直线；(4) 受卸载刚度随历史最大压应变的增大而减小，且不小于达到极限压应变时的卸载刚度。材料参数props(1) 轴心受压强度props(2) 峰值压应变，即达到轴心受压强度时的应 变props(3) 极限受压强度props(4) 极限压应变props(5) 达到极限压应变时的卸载刚度与初始弹性 模量之比props(6) 轴心受拉强度props(7) 受拉软化模量，即受拉骨架线下降段的刚 度，输入其绝对值即可。props(8) 截面钢筋屈服的临界应变，定义为混凝土 受拉边缘的应变。状态变量SDV(1) 初始化变量，无实际意义SDV(2) 历史最大压应变SDV(3) 受压残余应变，即卸载至应力为零时的压 应变SDV(4) 卸载/再加载刚度SDV(5) 截面屈服标志图例 往复加载时的单轴应力应变关系
